CN204513660U - 一种制冷系统以及一种机房用制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种制冷系统，包括用于提供冷源的冷源模组，吸收工作区域热量的工作模组，以及实现所述冷源模组与所述工作模组热交换的换热器，该换热器包括至少一个换热管，所述换热管由隔离结构分为并行的两条管路，分别为第一制冷剂通过的第一管路和第二制冷剂通过的第二管路；还包括位于所述换热管外侧的箱体，所述箱体上安装有风机，所述风机的出风方向朝向所述换热管的管壁。如此设计较现有技术外置干冷器的设计方案，结构更加简单，成本更低；并且由于减少了中间环节，热传递效率增加，有效地降低系统能耗。

Description

一种制冷系统以及一种机房用制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷装置领域。具体地说涉及一种制冷系统，本实用新型还设计一种机房用制冷系统。

背景技术

随着互联网和通信技术的发展，数据中心（Internet Data Center，简称IDC)越来越发达，IDC机房内设备密度越来越高，进而导致IDC机房内部发热量日益增大。为了防止IDC机房设备因温度过高而影响数据通信，保证IDC机房设备可靠稳定地运行，IDC需要每天二十四小时不间断地为机房中的各个机房设备进行降温，从而引起了IDC能耗的增加。在IDC耗电量统计中，其制冷设备作为耗电的主要来源，占整个IDC总耗电量的30％~45％。

目前，中国乃至全世界均面临着经济快速发展带来的能源短缺问题，因此有效节约和合理利用能源将是今后各个行业的发展方向。在IDC领域，如何降低其制冷设备的耗电量成为研究发展的主要方向。

在我国北方地区，冬季室外有丰富的自然冷源-冷空气。采用自然冷空气进行降温冷却具有节能和清洁等优点，因此被广泛应用于空调制冷技术上，特别是对于需要全年全天候制冷系统中，应用更加广泛。

现有IDC制冷设备通常采用板式换热器实现工作设备与人工冷源（冷冻水模组或压缩机冷源模组）的换热，直接将板式换热器放置室外进行热交换，效率不高。现有技术通过采用外置干冷器方式实现利用自然冷源的目的。干冷器利用乙二醇作为制冷剂。干冷器内循环的制冷剂与自然冷空气接触换热后，经管路再与板式换热器进行热交换。该技术方案虽然实现了冬季自然冷源的利用，起到节能作用。但其结构复杂，成本高，而且换热效率低。

实用新型内容

本实用新型提供一种制冷系统，以解决现有技术在利用自然冷源过程中存在的结构复杂，成本高，换热效率低的问题。本实用新型还涉及一种机房用制冷系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的提供一种制冷系统，包括用于提供冷源的冷源模组，吸收工作区域热量的工作模组，以及实现所述冷源模组与所述工作模组热交换的换热器，该换热器包括至少一个换热管，所述换热管由隔离结构分为并行的两条管路，分别为第一制冷剂通过的第一管路和第二制冷剂通过的第二管路；还包括位于所述换热管外侧的箱体，所述箱体上安装有风机，所述风机的出风方向远离所述换热管的管壁。

可选的，所述换热器包括复数根并列设置的换热管，该换热器还包括与所述第一管路两端相连通的第一分流装置和第一合流装置，以及与所述第二管路两端相连通的第二分流装置和第二合流装置。

可选的，所述第一分流装置和所述第一合流装置分别为第一分流汇管和第一合流汇管；所述换热管成排设置，每个所述换热管排的换热管两端均设置有所述第一分流汇管和所述第一合流汇管；在起始侧，所述换热管外壁与相应汇管的管壁密封连接，在结束侧，所述第二管路外壁与相应汇管的管壁密封连接。

可选的，该换热器包括至少两个平行设置的换热管排, 所述第二分流装置与所述第二合流装置分别与两个换热管排中的所述第二管路相连通，其他所述换热管排中所述第二管路的端部通过弯管结构组成所述第二制冷剂的循环回路。

可选的，所述冷源模组为冷冻水模组，所述冷冻水模组与所述换热器之间设置有三通温控混水阀，所述三通温控混水阀两入口分别与所述换热器出口和冷冻水模组的冷冻水入口相连，该三通温控混水阀出口作为所述换热器的冷冻水出口。

可选的，所述第二分流装置和所述第二合流装置为汇管结构，分别为所述第二分流汇管和所述第二合流汇管。

可选的，所述冷源模组为压缩机冷源模组，所述压缩机冷源模组通过分液头与所述第二管路相连。

可选的，所述压缩机制冷模组包括并联设置的定频压缩机和变频压缩机。

可选的，所述换热器设置于室外，所述风机为转速可调的轴流风机。

本实用新型同时提供一种机房用制冷系统，包括两套上述任一所述的制冷系统，任一制冷系统的两个独立模块互为备份。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型提供的一种制冷系统，其采用一种新的换热器，该换热器具有实现冷源模组与工作模组换热以及自然冷空气与工作模组换热的功能。该制冷系统可在室外环境温度低的情况下停止冷源模组的工作，直接利用换热器与自然冷空气进行换热，从而实现自然冷空气对工作模组的冷却。如此设计较现有技术外置干冷器的设计方案，结构更加简单，成本更低；并且由于减少了中间环节，热传递效率增加，有效地降低系统能耗。

2、本实用新型提供的一种制冷系统，其冷源模组可为冷冻水模组，也可选择压缩机冷源模组，冷源形式灵活，可适应各种不同场合。

3、本实用新型提供的一种制冷系统，所述换热器与冷冻水模组之间设置有三通恒温混水阀，保证了进入工作模组的冷冻水水温的稳定性，从而避免了冷凝水的产生。

4、本实用新型提供的一种制冷系统，其采用的压缩机制冷模组包括并联设置的定频压缩机和变频压缩机，如此并联设置在保证功率要求的前提下，可实现制冷量调节，提高了适应负荷变化能力，并有效地达到节能的目的。

5、本实用新型提供的一种制冷系统，所述换热器设置有转速可调的轴流风机。在温度很低，可完全利用自然冷源进行冷却循环时，通过调节轴流风机的转速进行冷量的调整，达到更高的节能效果。在温度较低，自然冷源不够的情况下，可部分开启冷冻模组，轴流风机在调至高转速下运行，用以辅助制冷，进而达到充分利用自然冷源减小压缩机系统功耗进而达到节能的目的。在温度较高，仅依靠冷源模组进行冷却的情况下，轴流风机停止工作。另外，该制冷系统还可根据工作模组的供液温度对风机转速自动调节，达到防凝露和节能的目的。

6、本实用新型提供的一种制冷系统，其设置有冷量完全双备份的特征。当其中一个系统出现问题需要维护时，备份系统便会代替工作，从而实现制冷工作的可靠性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1  是本实用新型提供的一种换热器的结构示意图；

图2  是换热器去除箱体和风机后的结构示意图；

图3  是图2中Ⅰ区域的局部放大图；

图4  是图2中Ⅱ区域的局部放大图；

图5  是换热器的剖视图；

图6  是本实用新型提供的一种与冷冻水模组相连的数据中心热管背板制冷系统实施例的原理图；

图7  是6中三通恒温混水阀的连接关系示意图；

图8  是本实用新型提供的一种与压缩机冷源模组相连的数据中心热管背板制冷系统实施例的原理图。

图中附图标记表示为：1-换热器、2-工作模组、21-热管背板、22-连接管、23-第一总管、24-截止阀，25-第二总管、3-冷冻水模组、31-三通恒温混水阀、4-压缩机冷源模组、41-定频压缩机、42-变频压缩机；11-箱体、12-风机、13-换热管、14-翅片；131-第二合流汇管、132-第二管路、133-第一入口管、134-第一分流汇管、135-第一管路、136-第一合流汇管、137-第一出口管、138-弯管结构。

具体实施方式

图1至图5示出了本实用新型提供的换热器的具体实施方式。

从图1和图2中可以看出，所述换热器1包括换热管13、箱体11和风机12。

请参考图5，所述换热管13为套管结构，包括套设的内管和外管。该内管与外管之间的管路为第一制冷剂经过的第一管路135，其内管为第二制冷剂经过的第二管路132。

所述换热器1设置有复数根所述换热管13。该换热器1还包括与所述第一管路135两端相连通的第一分流装置和第一合流装置，以及与所述第二管路132两端相连通的第二分流装置和第二合流装置。

请参考图3、图4和图5，所述换热管13成排设置，形成换热管排。所述第一分流装置和所述第一合流装置均为汇管结构，分别为第一分流汇管134和第一合流汇管136。每个所述换热管排的所述换热管13两端均设置有所述第一分流汇管134和所述第一合流汇管136。所述第一管路135与所述第一分流汇管134和第一合流汇管136相连通。具体地，在起始侧，该换热管13外壁与相应汇管的管壁密封连接，在结束侧，所述第二管路132外壁与相应汇管的管壁密封连接。所述第二管路132穿过相应。本实施例中，此处密封连接为钎焊连接。

所述换热器1包括至少两个平行设置的换热管排。所有换热管排的所述第一分流汇管134与第一入口管133相连通，所有换热管排的所述第一合流汇管136与第一出口管137相连通。所述第一入口管133设置有所述第一制冷剂进入该换热器1的第一入口，所述第二入口管设置有所述第一制冷剂流出该换热器1的第一出口。

本实施例中，该换热器1包括平行并列设置的四个所述换热管排，分别设置有四根第一分流汇管134和第一合流汇管136。

所述第二分流装置与所述换热器1的其中一个所述换热管排中的所述第二管路132相连通，所述第二合流装置与另一个所述换热管排中的第二管路132相连通，其他端部通过弯管结构138组成第二管路132的循环回路。由此可知，所述第二分流装置和所述第二合流装置仅与两个所述换热管排的所述第二管路132直接相连，其他通过所述弯管结构138组成蛇形循环回路。如此设计增加了所述第二制冷剂在该换热器1内部的循环路径，提高所述第二制冷剂的换热效率。而且通过改变所述弯管结构138的连接方式可实现换热路径的改变，从而适应不同的应用需求。

本实施例中，所述第二分流装置和所述第二合流装置分别与首排和末排所述换热管排中所述第二管路132直接相连，其余相邻端部通过弯头相连。更具体的，所述第二分流装置与所述第二合流装置为汇管结构，分别为第二分流汇管和第二合流汇管131，所述第二管路132的两端穿过所述第一分流汇管134和第一合流汇管136，首排的所述第二管路132密封连接于所述第二分流汇管上，末排的所述第二管路132密封连接于所述第二合流汇管131上，其余换热管排中所述第二管路132的端部通过弯头结构组成第二管路的循环回路。

所述第二分流装置还可选择分液头组件，所述分液头组件包括分液头和连接该分液头与所述第二管路132的管路结构。

其他实施方式中，还可以在每个所述换热管排的所述换热管13两端均设置有所述第二分流汇管和所述第二合流汇管131上，若干所述第二分流汇管与第二入口管相连通，所有换热管排的所述第二合流汇管131与第二出口管相连通。所述换热器1还包括设置所述换热管13外侧的翅片14。所述换热器1包括多片叠加的翅片本体，该翅片本体相应换热管位置开设有二次翻边孔，所述换热管13与所述翅片本体通过胀接形式连接。所述翅片14的设置增大了自然冷风与所述第一制冷剂之间的换热面积，进而提高了换热效率。

所述箱体11设置于所述换热管13的外周，用于保护内部结构并形成风道，该箱体11一侧面设置有风机12安装座，为风机12设置提供安装基础，该箱体11与所述风机12相对的另一侧面设置有开口。其余结构密封与安装于该箱体11上的所述风机12的出风方向背向所述换热管13的管壁，即该风机吸风工作。根据上述描述可知，该风机12将所述箱体一侧的自然冷控制吸至所述箱体11另一侧，在此过程中穿过换热管和/或翅片，完成换热。需说明的是，图1中显示的所述箱体11顶部是未密封的，其目的是为了说明该箱体11和内部结构的关系，所述箱体11顶部实际情况是密封的。

优选的，所述箱体11包括与所述换热管排平行的两相对侧面，所述风机12的吸风方向垂直于所述换热管排形成的平面。本实施例中，所述箱体11为长方体结构。所述风机12选择转速可调的轴流风机，可根据实际情况调节风机12转速。

作为优选的实施例，所述换热管13竖直设置。为提高所述第一制冷剂的流动效率，所述第一分流装置和所述第一合流装置分别设置于所述换热管13的顶端和底端位置。而所述第二制冷剂通常由带有动力的装置提供，为便于管路的连接，所述第二分流装置和所述第二合流装置均设置于所述换热管13的顶端，但分置于两侧。

作为优选的实施例，所述第二管路132为铜管。

作为可替换的实施例，所述第二管路132的分流和合流可采用与前述第一管路135的分流和合流装置相同的结构。

作为可替换的实施例，所述换热管13为方形或圆形管状结构，其内设置有分割板将该换热管13分为并行的第一管路135和第二管路132。具体地，所述换热管13为圆形管，沿直径设置有隔离板，所述隔离板将该换热管13分为并行的第一管路135和第二管路132。或者，所述换热管13为方形管，沿对角线方形设置有隔离板，所述隔离板将该换热管13分为并行的第一管路135和第二管路132。即，所述换热管13不局限于套管一种结构。

显而易见地，所述换热管13的排列不局限于成排设置，可选择规则或者不规则的任意设置方式，以实现与自然冷风充分接触为目的。例如，可选择凹部朝向所述风机12的弯曲排列方式，该弯曲排列方式可实现更多根所述换热管13处于该风机12的作用范围，从而更大程度提高自然冷风对所述换热管13的换热效率。

作为可替换的，所述换热管13还可为圆形环绕形成圆盘结构。

图6至图8示出了本实用新型提供的一种制冷系统的具体实施方式。上述制冷系统为应用于数据中心（Internet Data Center，简称IDC)的热管背板制冷系统。本实用新型同样可用于数据中心其他热管式的制冷系统，如吊顶式、列间式等。

所述应用于数据中心的热管背板制冷系统（简称制冷系统）包括用于提供冷源的冷源模组，吸收工作区域热量的工作模组2以及实现所述冷源模组或与所述工作模组2热交换的换热器1。以下根据两个不同的冷源模组（冷冻水模组3及压缩机冷源模组4）通过两个实施例对上述制冷系统进行详细描述。

实施例一

图6示出了本实用新型冷源模组为冷冻水模组3的数据中心热管背板制冷系统。如图所示，本实施例可分为设置于室内的工作模组2，设置于室外的换热器1和冷冻水模组3。

设置于数据中心机房内的所述工作模组2包括复数个与机房设备对应设置的热管背板21。所述热管背板21的出口和入口通过连接管22分别与该工作模组2的第一总管23和第二总管25相连通。所述第一总管23与所述换热器1的第一入口相连通，所述第二总管25与所述换热器1的第一出口相连通。所述热管背板21、所述第一总管23、所述第二总管25、所述连接管22以及所述换热器1内部的所述第一管路135组成完整的工作模组2循环回路。所述工作模组2循环回路内循环的制冷剂为第一制冷剂。

本实施例中，连接所述热管背板21与所述第一总管23和所述第二总管25的连接管22均采用软管，如此设计方便机房设备的排列放置以及热管背板21开门维护设备。此外，所述连接管22均设置有截止阀24，当某背板出现故障时，关闭相应截止阀24可在不影响其他背板正常工作的情况下进行维修，有效提高了维护维修的便携性。

所述冷冻模组一般为机房建设之初自带的冷水机组，可提供一定温度的冷冻水，具体结构在此不再赘述。其包括制冷剂的出口结构和入口结构，分别为第三出口和第三入口。所述第三出口与所述换热器1的第二入口相连通。所述第三入口与所述第二出口相连通。所述冷冻模组与第二管路132组成完整的冷冻模组循环回路。该冷冻模组循环回路所循环的制冷剂是第二制冷剂。

该制冷系统还设置有三通恒温混水阀31。图7是该三通恒温混水阀31的连接示意图，从该图中可以看出，所述三通恒温混水阀31两入口分别与所述冷冻水模组3的出水口和该换热器1的第二出口相连，该三通恒温混水阀31的出口与该冷冻水模组3的回水口相连。当冷冻水模组3供水温度较低时，为防止热管系统出现凝露现象，控制系统会通过检测热管系统的供液温度的降低，自动调节三通恒温混水阀31，使得一部分冷冻水供水从B口直接旁通至C口，同时换热器1内的流量将减小，从而达到减小换热量的目的。

在该实施例中，所述第二制冷剂即为水，所述第二分流装置选用汇管结构即可。由上述描述可知，所述第一制冷剂的循环路径为：

所述第一制冷剂经热管背板21完成换热后，依次通过热管背板21出口、连接管22、第一总管23、第一入口进入换热器1，然后通过各排换热管排的第一分流汇管134进入第一管路135，通过第一管路135流向相应的第一合流汇管136，在此过程中完成与第二管路132内制冷剂和/或自然冷风的换热，随后依次经第一出口、第二总管25、连接管22、热管背板21入口进入热管背板21。

所述第二制冷剂的循环路径：

第二制冷剂经第三出口、第二入口进入所述换热器1，然后通过第二分流装置。自第二分流装置流入第二管路132，经蛇形管路循环后流向第二合流装置，在第二管路132流动过程中完成与第一管路135中第一制冷剂换热。第二制冷剂依次通过第二合流装置，第二出口，第三入口进入冷源模组。

冷空气，当室外气温较低具备换热能力，轴流风机将自然冷空气吹向换热器1，实现与第一管路135中第一制冷剂的换热。

在安装过程中，所述换热器1第一管路135和第二管路132需同时打压，防止所述换热管13因所述第一管路135和所述第二管路132之间存在较大压力差而发生变形。

实施例二

图8为示出了本实用新型冷源模组为压缩机冷源模组4的数据中心热管背板制冷系统。本实施例包括压缩机冷源模组4、设置于室外的换热器1以及室内工作模组2组成。

所述压缩机冷源模组4为现有技术常见的制冷模组，具体工作原理和连接形式不再详细描述。

在本实用新型提供的与压缩机冷源模组4相连的数据中心热管背板制冷系统中，所述压缩机冷源模组4并联设置有定频压缩机41和变频压缩机42，如此并联设置在保证功率要求的前提下，可实现制冷量调节，提高了适应负荷变化能力，并有效地达到节能的目的。

本实施例中，所述第二制冷剂采用氟利昂，所述第二分流装置采用分液头组件。

具体工作原理为：

在温度很低时，所述制冷系统可完全利用自然冷风进行冷却循环。此时，所述冷源模组关闭，所述第一制冷剂在该换热器1中与自然冷风进行换热，并且该制冷系统可通过调节轴流风机的转速进行冷量的调整，达到更高的节能效果；

在温度较低，自然冷源不够的情况下，所述制冷系统部分开启冷源模组，此时，所述第一制冷剂在所述换热器1中同时与自然冷风和所述第二制冷剂进行换热。所述轴流风机调至高转速下运行，用以辅助制冷，进而达到充分利用自然冷源减小压缩机制冷系统运行功率进而达到节能目的；

在温度较高，该制冷系统仅依靠冷源模组进行冷却。此时，所述第一制冷剂在所述换热器1中仅与所述第二制冷剂进行换热。所述轴流风机通过提高空气的流动性，进而提高冷源模组和工作模组2之间的热交换率。

另外，该制冷系统还可根据工作模组2的供液温度对风机12转速自动调节，达到防凝露和节能的目的。

通过上述描述可知，本实用新型提供的一种应用于数据中心热管背板21的制冷系统所采用的冷源形式可为冷冻水模组3，也可以是压缩机冷源模组4，冷源形式灵活，方便各类机房使用。

IDC机房采用本实用新型提供的技术方案，可在室外环境温度低的情况下停止室外主机直接开启热管单元的风机12实现热管系统换热。有效降低机房空调冷却系统能耗，为降低机房PUE（Power Usage Effectiveness，数据中心总设备能耗/IT设备能耗）值做出有益贡献。

请参考图6和8图，其中标阴影部分和无阴影部分系统相互独立，分别与所述换热器1相互对应。并且冷冻水系统或压缩机冷冻模组均设置有独立备份。如此设计可提高数据中心的安全性，并且便于数据中心制冷设备的检修和维护。

本实用新型以数据中心为应用场合介绍该制冷系统的实际应用，但本实用新型不限于该数据中心这一种应用场合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其特征在于：包括用于提供冷源的冷源模组，吸收工作区域热量的工作模组（2），以及实现所述冷源模组与所述工作模组（2）热交换的换热器（1），该换热器（1）包括至少一个换热管（13），所述换热管（13）由隔离结构分为并行的两条管路，分别为第一制冷剂通过的第一管路（135）和第二制冷剂通过的第二管路（132）；还包括位于所述换热管（13）外侧的箱体（11），所述箱体（11）上安装有风机（12），所述风机（12）的出风方向远离所述换热管（13）的管壁。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述换热器(1)包括复数根并列设置的换热管（13），该换热器（1）还包括与所述第一管路（135）两端相连通的第一分流装置和第一合流装置，以及与所述第二管路（132）两端相连通的第二分流装置和第二合流装置。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于：所述第一分流装置和所述第一合流装置分别为第一分流汇管（134）和第一合流汇管（136）；所述换热管成排设置，每个所述换热管排的换热管两端均设置有所述第一分流汇管（134）和所述第一合流汇管（136）；在起始侧，所述换热管（13）外壁与相应汇管的管壁密封连接，在结束侧，所述第二管路（132）外壁与相应汇管的管壁密封连接。

4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于：该换热器(1)包括至少两个平行设置的换热管排, 所述第二分流装置与所述第二合流装置分别与两个换热管排中的所述第二管路（132）相连通，其他所述换热管排中所述第二管路（132）的端部通过弯管结构（138）组成所述第二制冷剂的循环回路。

5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于：所述冷源模组为冷冻水模组（3），所述冷冻水模组（3）与所述换热器（1）之间设置有三通温控混水阀（31），所述三通温控混水阀（31）两入口分别与所述换热器（1）出口和冷冻水模组（3）的冷冻水入口相连，该三通温控混水阀（31）出口作为所述换热器（1）的冷冻水出口。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于：所述第二分流装置和所述第二合流装置为汇管结构，分别为所述第二分流汇管和所述第二合流汇管。

7.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于：所述冷源模组为压缩机冷源模组（4），所述压缩机冷源模组（4）通过分液头与所述第二管路（132）相连。

8.根据权利要求7所述的制冷系统，其特征在于：所述压缩机制冷模（4）组包括并联设置的定频压缩机（41）和变频压缩机（42）。

9.根据权利要求1至8任一所述的制冷系统，其特征在于：所述换热器（1）设置于室外，所述风机（12）为转速可调的轴流风机。

10.一种机房用制冷系统，其特征在于：包括两套权利要求1至9任一所述的制冷系统，任一制冷系统的两个独立模块互为备份。